ذخیره سازی اطلاعات

حافظه های SSD با عملکرد بهتر، سرعت بالاتر و مصرف پایین تر بسیار مورد توجه هستند. این نوع از حافظه ها به دلیل طراحی خاص خود سرعت عمل بسیار بالاتری نسبت به هاردهای قدیمی دارند.در هاردهای قدیمی اطلاعات از طریق قرار گیری سوزن هارد بر هد آدرس یابی اطلاعات انجام می شد که باعث صرف زمان بیشتری می شد. اما عملکرد هاردهای SSD به کلی متفاوت است که باعث سرعت بیشتر آن ها نیز می شود. SSDها نوع نسبتا جدید و بسیار سریعی از حافظه هستند که نسبت به هارد دیسک‌ها دارای سرعت و امنیت انتقال داده‌ی بالاتری هستند. اما این حافظه‌ها معایبی از جمله قیمت بالا و کند شدن به مرور زمان دارند. در ادامه همراه ما باشید ما به طور کامل به نوع عمکرد حافظه SSD خواهیم پرداخت.

حافظه SSD چیست؟

درایوهای حالت جامد  (Solid State Drive) نوعی از حافظه‌ی سریع و قابل‌حمل بوده که در پی تصاحب جایگاه هارد دیسک‌ها هستند. این حافظه‌ها انواع مختلفی دارند که همگی بر پایه سلول فلش ناند هستند. همیشه شاهد بحث و گفت‌وگو بین دوستداران تکنولوژی در مورد مزایا و معایب انواع ساختارهای NAND از جمله NAND مسطح در مقابل NAND عمودی یا MLC یا سلول چند لایه(Multi Level Cell) در مقابل TLC یا سلول سه لایه(Triple Level Cell) بوده‌ایم. برای آشنایی بیشتر با SSDها، چند سؤال در مورد حافظه‌های ذخیره‌سازی می‌پرسیم و سپس به تک تک آن‌ها جواب می‌دهیم. SSDها با حافظه‌های مبتنی بر دیسک چرخان متفاوت هستند.

SSD ها چگونه کار می‌کنند؟

 هنری فورد، پس از فروختن صدها هزار اتومبیل در آمریکا، در جواب سؤال فردی که از او علت وارد شدنش به عرصه‌ی اتومبیل سازی را پرسید گفت: «اگر از مردم می‌پرسیدم که چه چیزی می‌خواهند، آن‌ها جواب می‌دادند: اسب‌های سریع‌تر!»حال پس از گذشت ۱۰۰ سال انسان‌های امروزی هم به سریع‌ترین‌ منتقل کننده‌ها احتیاج دارند. البته منتقل‌کننده‌ی داده‌ها و اطلاعات، نه افراد!SSD یا درایو حالت جامد(Solid State Drive) را به این دلیل با این نام می شناسند که برخلاف هارد دیسک‌ها، سازوکار آن مبتنی بر چرخش اجسام و حرکت اجرای داخلیش نیست. در SSDها، اطلاعات به‌جای دیسک چرخان، در دریایی از فلش ناند ذخیره می‌شوند. ناند خود از اجزایی ساخته شده است که ترانزیستورهای گیت شناور نامیده می‌شوند. برخلاف ترانزیستورهای استفاه شده در ساخت DRAM یا رم پویا (Dynamic Random Access Memory) که باید هر ثانیه چندین بار رفرش شوند، فلش ناند به گونه‌ای طراحی شده است که حتی اگر منبع انرژی در دسترسش نباشد باز هم بتواند حالت شارژ یا دشارژ خود را حفظ کند. همین امر موجب شده است که ناند را در دسته‌ی حافظه‌های غیر فرار دسته‌بندی کنند.

الکترون‌ها در گیت شناور ذخیره شده و کنترلر فلش با خواندن مقادیر صفر و یک که به ترتیب به‌معنی شارژ و دشارژ بودن سلول است وضعیت آن را تعیین می‌کند. صفر و یک اینجا با ذهنیت قبلی ما از این دو عدد متفاوت هستند. در فلش ناند، صفر به‌معنای آن است که داده در سلول ذخیره شده است و یک بدین معنا است که سلول خالی است. فلش ناند در یک شبکه‌ی توری مانند و مشبک به‌صورت منظم چیده می‌شود. به هرکدام از لایه‌هایی که شبکه را می‌سازند، صفحه (Page) و به کل این شبکه توری مانند، بلوک می‌گویند. اندازه‌های متداول برای صفحات عبارت است از ۲۰۰۰، ۴۰۰۰، ۸۰۰۰ و ۱۶۰۰۰ سلول. در هر بلوک نیز ۱۲۸ یا ۲۵۶ صفحه قرار دارد. پس با این حساب، گنجایش هر بلوک حداقل ۲۵۶ کیلوبایت و حداکثر ۴ مگابایت است. یکی از مزایای SSDها، سرعت بسیار بالاتر آن‌ها نسبت به هارد دیسک‌ها است. ازآنجاکه در درون SSDها هیچ‌گونه قطعه‌ی متحرکی وجود ندارد، تأخیر کمتر بوده و سرعت انتقال داده بالاتر می‌رود. جدول زیر، میزان تأخیر دسترسی را در انواع حافظه‌های معمول بر حسب میکروثانیه نشان می‌دهد.

NAND از نظر سرعت اصلا قابل مقایسه با حافظه‌های رم نیست؛ اما در مقایسه با هارد دیسک‌ها بسیار سریع‌تر است. حتی با وجود آن که سرعت نوشتن حافظه‌های NAND در مقایسه با سرعت خواندنشان کمتر است، باز هم دراین‌زمینه بسیار سریع‌تر از هارد دیسک‌ها هستند. دو نکته در مورد شکل بالا وجود دارد. اول اینکه با کمی دقت می‌توان فهمید که هرچه تعداد بیت‌ها در سلول فلش بالاتر می‌رود، تأخیر در آن به‌طور قابل ملاحظه‌ای افزایش می یابد. تأثیر این کند شدن روی نوشتن، بیشتر از خواندن است. مثلا تأخیر خواندن در سلول سه لایه (TLC) نسبت به سلول تک لایه (SLC) حدودا ۴ برابر است؛ اما تأخیر نوشتن در سلول سه لایه، ۶ برابر تأخیر نوشتن در سلول تک لایه است. با افزایش تعداد بیت‌ها در هر سلول فلش،  تأخیر در پاک کردن داده‌ها هم همانند نوشتن و خواندن بسیار بیشتر می‌شود. اگر تعداد بیت‌ها n برابر شود، لزوما تأخیر هم n برابر نمی‌شود؛ بلکه بیشتر از n برابر می‌شود. مثلا اگر به سلول سه لایه نگاه کنیم می‌بینیم که دو برابر سلول دولایه تأخیر دارد؛ درحالی‌که تعداد بیت‌های آن تنها ۵۰ درصد بیشتر از تعداد بیت‌های سلول دولایه است.

دلیل کندتر بودن سلول سه لایه نسبت به سلول‌های دو لایه و تک لایه، نحوه‌ی حرکت اطلاعات در بیرون و داخل سلول است. در سلول تک لایه، تنها اطلاعاتی که کنترلر نیاز دارد این است که بداند بیت متناظر با وضعیت سلول، صفر است یا یک. در سلول دو لایه، به دلیل وجود دو بیت، چهار حالت مختلف ارزش را داریم: ۰۰، ۰۱ ،۱۰ و ۱۱. سلول سه لایه نیز می‌تواند هشت ارزش مختلف داشته باشد. برای خواندن ارزش سلول از بیرون، کنترلر حافظه باید ولتاژ بسیار دقیق و حساب شده‌ای را به درون سلول یک لایه یا گروه دو یا سه‌تایی سلول‌ها بفرستد تا با گرفتن فیدبک بتواند تعیین کند که کدام سلول شارژ شده و کدام یک شارژ نشده است.

کلام آخر

در این مطلب سعی شد اطلاعات جامعی از هاردهای SSD قرار داده شود. به طور مختصر هارد های SSD با عملکرد غیر سوزنی خود قابلیت آن را دارند با سرعت بیشتری به ذخیره اطلاعات بپردازند. نظر شما درباره این هاردها چیست؟ شما از هاردهای SSD استفاده می کنید؟ نظر خود را با ما و سایر همراهان صفحه در میان بگذارید.

منبع: extremetech